שיטה משופרת עבור אינטובציה מהירה של קנה הנשימה של עכברים
Summary
מאמר זה מציג שיטה מהירה ופשוטה לניהול בליאומיצין ישירות לתוך קנה הנשימה העכבר באמצעות אינטובציה. יתרונות עיקריים של שיטה זו הם כי הוא מאוד לשחזור, קל לשלוט, ואינו דורשים ציוד מיוחד או פעמי החלמה ממושכות.
Abstract
Despite some anatomical and physiological differences, mouse models continue to be an essential tool for studying human lung disease. Bleomycin toxicity is a commonly used model to study both acute lung injury and fibrosis, and multiple methods have been developed for administering bleomycin (and other toxic agents) into the lungs. However, many of these approaches, such as transtracheal instillation, have inherent drawbacks, including the need for strong anesthetics and survival surgery. This paper reports a quick, reproducible method of intratracheal intubation that involves mild inhaled anesthesia, visualization of the trachea, and the use of a surrogate spirometer to confirm exposure. As a proof of concept, 8-12 week old C57BL/6 mice were administered either 2.0 U/kg of bleomycin or an equivalent volume of PBS, and both damage and fibrotic endpoints were measured post-exposure. This procedure allows researchers to treat a large cohort of mice in a relatively short period with little expense and minimal post-procedure care.
Introduction
למרות כמה הבדלים אנטומיים ופיסיולוגיים, 1 מודלים בעכברים להמשיך להיות יקר למידול ביולוגיה אנושית בהיווצרות מחלה. 2 מבחינה בעלי, עכברים קלים לטפל, יש זמן רבייה נמוך, אורך חיים מואץ, והם זולים יחסית לבית. עם התפתחות זנים ואסטרטגיות גנטיים שונים (למשל., ביטולי דפיקה על תנאי, עכברי כתב, גישות התחקות שושלת, וכו '), כמו גם המגוון הרחב של חומרים כימיים זמין (למשל., נוגדנים, חלבונים רקומביננטיים, מעכבים, וכו '), עכברים הפכו אורגניזם חוליות מודל חיוני לחשוף תהליכים הומאוסטזיס ומחלות של בני אדם. 3
עכברים כבר בעל ערך במיוחד עבור לחקור את תנאי ריאתי, כולל פגיעה ריאות חריפה (ALI) ופיברוזיס ריאתי. 4 עלי בבני אדם יכול להיגרם על ידי טראומה, פציעה, או אלח דם ומאופיין אפיתלדליפת האנדותל (כלומר., בצקת), דלקת, סיסטיק המתהווה. בחולים רבים, עליי מתקדם הצורה החמורה שלה, תסמונת מצוקה נשימתית החריפה (ARDS), עלולה לגרום סיסטיק ותמותה עקב אי ספיקה נשימתית. 5,6 פיברוזיס ריאתי הוא פתולוגיה פרוגרסיבי, קטלנית המאופיינת בתצהיר העודף של תאי מטריקס , בעיקר סוג I קולגן, שמוביל את תפקוד ריאות לקויות. 7,8 מנהל בליאומיצין (BLM) הוא מודל הנפוץ ביותר והטוב ביותר מאופיין גרימת ALI סיסטיק בחיות מעבדה. 9 למרות פיברוזיס ריאתי נגרמת BLM במכרסמים עושה לא לשחזר באופן מלא פנוטיפים fibrotic האדם, 10 מחקרי עכבר עם המודל הזה הובילו לגילוי של גורמים רבים חשובים המשפיע על ההופעה וההתקדמות של המחלה. 11
בעוד המנגנון המדויק (ים) מאחורי fibrogenesis הנגרמת BLM אינם ידועים, הפגיעה ייזוםהוא חשב לנבוע הפסקות גדיל DNA קשר תלויי לתאי האפיתל המצפים את דרכי הנשימה alveoli ניצוח, ובפרט, סוג 1 pneumocytes. 12 הצורך במגע ישיר בין BLM ואת אפיתל ריאתי מדגיש את החשיבות של מסלול משלוח חזקים גם, וחששות אלה רלוונטיים למגוון רחב של טיפולים הממוקדים אל דרך נשימת דיסטלי, כולל חלבונים רקומביננטיים, נוגדנים, siRNA, וירוס, חיידקים, חלקיקים, ועוד. שאיפת לוע תחתונה (OPA) כבר בשימוש נרחב למטרה זו 13, אבל רב סרן חסרון של OPA הוא אותו חלק חלק הסוכן נמסר עלול להיבלע לתוך מערכת העיכול, ולכן היא מובילה חוסר דיוק במינון המנוהל. גישה נוספת נפוצה היא החדרת transtracheal, שכרוכה הנשמה בהרדמה חזקה כדי לחשוף את הקנה הנשימה ההחדרה של סוכן ישירות לדרכי נשימה. 14 עם זאת, לא רק רשאית כזההליך להיות רצוי בשל invasivity שלה, אבל זה גם גוזל זמן דורש קצת הוגן של אימונים, וגורם לפגיעה חזקה אל דרך הנשימה. 15,16 פרוטוקולים פותחו מספר שקשור לניהול הישיר של הסוכנים לתוך קנה נשימה ללא צורך בהתערבות כירורגית, 16,17,18,19,20 אך שיטות אלו כוללות זמני התאוששות מורחבות הנגרמת על ידי הרדמה חזקה, השימוש בציוד יקר (כלומר., otoscope / לרינגוסקופ, לוחות הליך זמינים מסחרי, סיבים אופטיים חוטים, וכו '), עודף של מניפולציה של חלל הפה, ואי ודאות לגבי המינון.
מאמר זה מתאר שיטה קלה יחסית של הממשל באמצעות אינטובציה המאפשר חוקר במהירות, ובזול, ולטעת מגיב באופן מהימן לתוך הריאות בעכברים עם סיכון מוגבל של נזק שיורי אל הרקמות הסובבות.
Protocol
Representative Results
Discussion
במקרים שבהם aerosolization אינו מעשי בשל זמינות מגיב מוגבלת, בטיחות, או עלות, ממשל קנה נשימה ישירה הוא השיטה מעולה למסירה של סוכני אקסוגניים לריאות 16 החדרת Transtracheal כבר בשימוש נרחב כדי להשיג את זה.; עם זאת, כמו עם כל התערבות כירורגית, הוא גם נושא עמו פוטנציאל מסיבוכים שנג?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים בריאן ג'ונסון של היסטולוגיה והדמיה Core באוניברסיטת וושינגטון לעזרה עם מכתים trichrome וניתוח. עבודה זו נתמכה על ידי HL098067 ו HL089455 מענקים NIH.
Materials
| Bleomycin For Injection, 30 units/vial | APP Pharmaceuticals, LLC | 103720 | For best results, BLM should be suspended in PBS, aliquoted, and stored as single use lyophilzed aliquots |
| Blunt End Forceps | N/A | N/A | |
| Tongue Depressor (i.e. bent Valleylab Blade Electrode, 2.4") | Covidien | E1551G | Before use, create a 45 degree bend 1.5 cm from the blade tip. A suitable depressor can also be created from any metal implement of similar dimensions. |
| Exel Safelet Catheter 22G X 1" | Exel International | 26746 | |
| 1 mL Slip-tip Disposable Tuberculin Syringe (200/sp, 1600/ca) | BD | 309659 | |
| 0.2ml Pipettor and Filter Tips | N/A | N/A | |
| Fiber-Lite Illuminator. Model 181-1: Model 180 mated with Standard Dual Gooseneck illuminator | Dolan Jenner Industries, Inc. | 181-1 | Lower output LED illuminators are not recommended as they fail to suficiently illuminate the trachea. |
| Intubation Board | N/A | N/A | See Diagram 1. |
| Colored Label Tape: 0.5 in. Wide | Fisherbrand | 15-901-15A | |
| Oxygen | N/A | N/A | |
| Phosphate-Buffered Saline, 1X | Corning | 21-040-CV | Product should be sterile |
| Non-Sterile Silk Black Braided Suture Spool, 91.4 m, Size 4-0 | Harvard Apparatus | 517698 | |
| Table Top Anesthesia Machine Isoflurane | Highland Medical Equipment | N/A | http://www.highlandmedical.net/ |
| Slide Top Induction Mouse Isoflurane Chamber | MIP / Anesthesia Technologies | AS-01-0530-SM | |
| FORANE (isoflurane, USP) Liquid For Inhalation 100 mL | Baxter | 1001936040 | |
| Nanozoomer Digital Pathology system | Hamamatsu | ||
| IgM ELISA Quantification Kit | Bethyl Laboratories | E90-101 |
References
- Hyde, D. M., Hamid, Q., Irvin, C. G. Anatomy, pathology, and physiology of the tracheobronchial tree: emphasis on the distal airways. J Allergy Clin Immunol. 124, S72-S77 (2009).
- Rosenthal, N., Brown, S. The mouse ascending: perspectives for human-disease models. Nat Cell Biol. 9, 993-999 (2007).
- Peters, L. L., et al. The mouse as a model for human biology: a resource guide for complex trait analysis. Nat Rev Genet. 8, 58-69 (2007).
- Baron, R. M., Choi, A. J., Owen, C. A., Choi, A. M. Genetically manipulated mouse models of lung disease: potential and pitfalls. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 302, 485-497 (2012).
- Sharma, S. Acute respiratory distress syndrome. BMJ Clin Evid. 2010, (2010).
- Saguil, A., Fargo, M. Acute respiratory distress syndrome: diagnosis and management. Am Fam Physician. 85, 352-358 (2012).
- Wilson, M. S., Wynn, T. A. Pulmonary fibrosis: pathogenesis, etiology and regulation. Mucosal Immunol. 2, 103-121 (2009).
- Wuyts, W. A., et al. The pathogenesis of pulmonary fibrosis: a moving target. Eur Respir J. 41, 1207-1218 (2013).
- Mouratis, M. A., Aidinis, V. Modeling pulmonary fibrosis with bleomycin. Curr Opin Pulm Med. 17, 355-361 (2011).
- Moeller, A., Ask, K., Warburton, D., Gauldie, J., Kolb, M. The bleomycin animal model: a useful tool to investigate treatment options for idiopathic pulmonary fibrosis?. Int J Biochem Cell Biol. 40, 362-382 (2008).
- Myllärniemi, M., Kaarteenaho, R. Pharmacological treatment of idiopathic pulmonary fibrosis – preclinical and clinical studies of pirfenidone, nintedanib, and N-acetylcysteine. European Clinical Respiratory Journal. 2, (2015).
- Reinert, T., Baldotto, C. S. d. R., Nunes, F. A. P., Scheliga, A. A. d. S. Bleomycin-Induced Lung Injury. Journal of Cancer Research. 2013, 1-9 (2013).
- Lakatos, H. F., et al. Oropharyngeal aspiration of a silica suspension produces a superior model of silicosis in the mouse when compared to intratracheal instillation. Exp Lung Res. 32, 181-199 (2006).
- Helms, M. N., Torres-Gonzalez, E., Goodson, P., Rojas, M. Direct tracheal instillation of solutes into mouse lung. J Vis Exp. , (2010).
- Osier, M., Oberdorster, G. Intratracheal inhalation vs intratracheal instillation: differences in particle effects. Fundam Appl Toxicol. 40, 220-227 (1997).
- Driscoll, K. E., et al. Intratracheal instillation as an exposure technique for the evaluation of respiratory tract toxicity: Uses and Limitations. Toxicol Sci. 55, 24-35 (2000).
- MacDonald, K. D., Chang, H. Y., Mitzner, W. An improved simple method of mouse lung intubation. J Appl Physiol (1985). 106, 984-987 (1985).
- Spoelstra, E. N., et al. A novel and simple method for endotracheal intubation of mice. Lab Anim. 41, 128-135 (2007).
- Cai, Y., Kimura, S. Noninvasive intratracheal intubation to study the pathology and physiology of mouse lung. J Vis Exp. , e50601 (2013).
- Starcher, B., WIlliams, I. A method for intratracheal instillation of endotoxin into the lungs of mice. Lab Anim. 23, 234-240 (1989).
- Daubeuf, F., Frossard, N. Performing bronchoalveolar lavage in the mouse. Curr Protoc Mouse Biol. 2, 167-175 (2012).
- Li, Y., et al. Severe lung fibrosis requires an invasive fibroblast phenotype regulated by hyaluronan and CD44. J Exp Med. 208, 1459-1471 (2011).
- Grazioli, S., et al. CYR61 (CCN1) overexpression induces lung injury in mice. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 308, L759-L765 (2015).
- Redente, E. F., et al. Tumor necrosis factor-alpha accelerates the resolution of established pulmonary fibrosis in mice by targeting profibrotic lung macrophages. Am J Respir Cell Mol Biol. 50, 825-837 (2014).
- Lawrenz, M. B., Fodah, R. A., Gutierrez, M. G., Warawa, J. Intubation-mediated intratracheal (IMIT) instillation: a noninvasive, lung-specific delivery system. J Vis Exp. , e52261 (2014).
